THERMODINAMIKA

Oleh 

Dr. Ambiyar, M. Pd 

ii

UNDANG-UNDANG REPUBLIK INDONESIA NO 19 TAHUN 2002

TENTANG HAK CIPTA

PASAL 72 KETENTUAN PIDANA

SAKSI PELANGGARAN

1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu ciptaan atau memberi izin untuk itu, dipidana dengan pidana penjara palng singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima milyar rupiah)

2. Barangsiapa dengan sengaja menyerahkan, menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), dipi-dana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

 

  iii

THERMODINAMIKA

Oleh 

Dr. Ambiyar, M. Pd 

Penerbit Universitas Negeri Padang Press

2009

iv

Ambiyar Thermodinamika

Editor, Tim Editor UNP Press Penerbit UNP Press, Padang, 2009 1 (satu) jilid ; A5 (148X210 mm)

214 hal.

ISBN: 978-979-8587-94-8 1. Teknik, 2. Thermodinamika

1.UNP Press

THERMODINAMIKA

Hak Cipta dilindungi oleh undang-undang pada Penulis Hak penerbitan pada UNP Press

Penyusun: Dr. Ambiyar, M.Pd Editor: Tim Editor

Layout : Nasbahry Couto Times New Roman, 11pt

Desain Sampul: Drs. Nasbahry Couto, M.Sn

v

Kata Pengantar

Buku ini disusun dalam rangka meningkatkan kualitas sumber daya manusia (SDM) DI Indonesia baik bagi mereka yang sudah bekerja maupun yang sedang dalam pendidikan. Upaya peningkatan kualitas SDM harus terus-menerus dilakukan dengan berbagai usaha cara dan pendekatan pendidikan berkelanjutan maupun pendidikan khusus sehinggga menghasilkan SDM, yang mumpuni di era otonomi dan global ini.

Pada dasarnya dari sebuah buku diharapkan memperkaya khasanah pengetahuan sebagai alternatif pilihan bagi mereka yang bergerak di-lapangan, laboatorium, mahasiswa dan profesional dan dapat dijadikan referensi tambahan bagi mereka yang membutuhkannya.

Materi yang dimuat dalam buku ini adalah berkatan dengan ilmu ther-modinamika yang disusun berdasarkan kebutuhan dunia kerja, dunia industri dan dunia pendidikan sekaligus menunjang pengetahuan thermodinamika.

Penulis menyadari akan segala kekurangan dan keterbatasan yang ada, oleh sebab ini diharapkan sumbang saran dari pembaca guna meningkatkan kualitas buku ini. Lebih lanjut diharapkan dapat mem-berikan manfaat yang lebih banyak bagi siswa, mahasiswa maupun mereka yang sudah bekerja.

Ucapan terimakasih yang sangat mendalam disampakan kepada semua pihak yang telah membantu dan mendorong penyelesaian penulisanbuku ini terutama kepada pengelola UNP Presss Universitas Negeri Padang yang telah memberikan bimbingan dalam meningkatkan ke-

vi

mampuan dosen untuk menulis buku di Universitas Negeri Padang. Smoga buku ini bermanfaat bagi para mahasiswa dan pembaca lain-nya.

Wassalam

Padang Juni 2009

Penulis

vii

Daftar Isi Kata Pengantar ................................................................................. v Daftar Isi ........................................................................................ vii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................. 1 A. Pandangan Umum tentang Termodinamika .......................... 1 B. Sistem, Lingkungan dan Batas .............................................. 2 C. Panas ..................................................................................... 6 D. Kerja ...................................................................................... 8 E. Satuan dan Dimensi............................................................... 8 F. Sifat-Sifat Fluida ................................................................. 12 Soal-Soal Latihan ......................................................................... 13

BAB II HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA .................. 15 A. Konversi Energi .................................................................. 15 B. Kerja Luar (External Work) ................................................ 17 C. Internal Energi ..................................................................... 24 D. Soal-Soal Latihan ................................................................ 28

BAB III UAP DAN SIFAT-SIFATNYA ....................................... 30 A. Sifat-sifat Uap ..................................................................... 30 B. Energi dalam dari Liquid dan Uap ...................................... 31 C. Tabulasi Sifat-sifat Uap ....................................................... 31 D. Sifat-sifat Uap Basah........................................................... 32 E. Sifat-sifat Uap Panas Lanjut ................................................ 34 F. Penggunaan Interpolasi pada Tabel..................................... 35

BAB IV GAS DAN SIFAT-SIFATNYA ....................................... 45 A. Gas Sempurna ..................................................................... 45 B. Hukum-hukum Gas ............................................................. 46 C. Persamaan Keadaan Gas Sempurna .................................... 49 D. Kapasitas Panas Jenis .......................................................... 52 E. Hukum Joule ....................................................................... 54 F. Hubungan antar Panas Jenis ................................................ 58

viii

G. Enthalpi Gas Sempurna ....................................................... 59 H. Perbandingan Panas Jenis ................................................... 60 Soal-soal Latihan .......................................................................... 64

BAB V PROSES ALIRAN MANTAP .......................................... 68 A. Persamaan Energi Aliran Mantap ....................................... 69 B. Aplikasi Persamaan Energi Aliran Mantap ......................... 73 C. Persamaan Kontinuitas ........................................................ 85 Soal- Soal Latihan ....................................................................... 90

BAB VI PROSES NON ALIRAN ................................................. 94 A. Persamaan Energi Non Aliran ............................................. 95 B. Aplikasi Persamaan Energi Non Aliran .............................. 96 C. Proses volume konstan. ....................................................... 96 D. Proses tekanan konstan ....................................................... 98 E. Proses Adiabatis ................................................................ 100

BAB VII HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA ................... 107 A. Mesin Termal (Heat Engine) ............................................. 108 B. Pompa Termal (Heat Pump) .............................................. 111 C. Pernyataan Hukum Termodinamika Kedua ...................... 113 D. Proses Reversibel dan Irreversibel .................................... 115 E. Siklus Carnot ..................................................................... 118 Soal-soal Latihan ........................................................................ 127

BAB VIII ENTROPI UAP DAN GAS ........................................ 129 A. Diagram T – s .................................................................... 134 B. Proses Reversibel Pada Diagram T-s ................................ 144 C. Entropi dan Proses Tak Dapat Dibalik (Irreversibel) ........ 161 D. Kemampuan (Availability) ................................................ 172

BAB IX SIKLUS MESIN (ENGINE CYCLE) ........................... 185 A. Siklus Otto (Motor Bensin) ............................................... 185 B. Tekanan Efektif Motor Bensin .......................................... 189 C. Siklus Diesel. ......................................................................... 193

ix

D. Kerja Siklus Diesel ............................................................. 195 E. Siklus Gabungan ................................................................ 197 Soal-Soal Latihan ...................................................................... 201

Daftar Pustaka............................................................................. 204 Glosari...........................................................................................205Indeks ...........................................................................................210

x

Daftar Gambar

Gambar 1. Sistem Terbuka ............................................................... 3 Gambar 2. Sistem Terbuka dengan Batas Sistem Bergerak ............. 3 Gambar 3. Sistem Diisolasi dengan Kain ......................................... 4 Gambar 4. Sistem Tertutup .............................................................. 5 Gambar 5. Benda A dan B Memiliki Suhu Berbeda ........................ 7 Gambar 6. Diagram Keadaan Sistem ............................................ 13 Gambar 7. Suatu Proses Konversi Tenaga ..................................... 16 Gambar 8. Kerja yang dilakukan dalam silinder ............................ 18 Gambar 9. Suatu Instalasi Tenaga Panas ....................................... 19 Gambar 10. Suatu Proses dari Suatu Siklus ..................................... 20 Gambar 11. Diagram P-V untuk Contoh Soal 2-4 ........................... 22 Gambar 12. Suatu Perubahan dalam Sistem .................................... 25 Gambar 13. Diagram Temperatur-Spesifik Enthalpi ....................... 30 Gambar 14. Diagram P – V Untuk Contoh Soal 3 - 4 ...................... 37 Gambar 15. Diagram P – V untuk contoh soal 3-5 .......................... 40 Gambar 16. Diagram P - V untuk Hukum Boyle ............................. 47 Gambar 17. Diagram P – V untuk Hukum Charles .......................... 48 Gambar 18. Sebuah Silinder dan Piston ........................................... 56 Gambar 19. Proses aliran mantap ..................................................... 69 Gambar 20. Ketel uap ...................................................................... 74 Gambar 21. Kondensor .................................................................... 76 Gambar 22. Turbin ........................................................................... 79 Gambar 23. Kompressor .................................................................. 81

xi

Gambar 24. Pipa Pancar ................................................................... 82 Gambar 25. Katup ............................................................................ 84 Gambar 26. Aliran Gas dalam Pipa .................................................. 86 Gambar 27. Skema Aliran Gas Pada Turbin Gas ............................. 86 Gambar 28. Skema Aliran Gas Melalui Kompressor ....................... 88 Gambar 29. Proses Kerja Motor 4 Tak ............................................ 94 Gambar 30. Diagram Proses Volume Konstan ................................ 96 Gambar 31. Diagram Proses Tekanan Konstan................................ 98 Gambar 32. Diagram Proses Politropis .......................................... 103 Gambar 33. Mesin Termal ............................................................. 108 Gambar 34. Siklus Instalasi Tenaga Uap ....................................... 110 Gambar 35. Siklus Mesin Termal .................................................. 111 Gambar 36. Pompa Termal ............................................................ 112 Gambar 37. Proses Irreversibel ...................................................... 116 Gambar 38. Proses Reversibel ....................................................... 117 Gambar 39. Diagram P – V Siklus Carnot ..................................... 119 Gambar 40. Skema Sebuah Ruang Pengeringan ............................ 124 Gambar 41. Diagram P-V untuk Proses Isothermal ....................... 130 Gambar 42. Diagram Proses Reversibel Adiabatis ........................ 130 Gambar 43. Diagram P-V dan Diagram T-s .................................. 134 Gambar 44. Diagram T-s Untuk Uap ............................................. 135 Gambar 47. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-1 .......................... 139 Gambar 48. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-2 .......................... 140 Gambar 49. Diagram T-s Untuk Gas Sempurna ............................ 141 Gambar 50. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-3 .......................... 143 Gambar 51. Proses Reversibel Isothermal .................................... 145

 

  xii

Gambar 52. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-4 .......................... 146 Gambar 53. Proses Isothermal Untuk Gas Sempurna .................... 148 Gambar 54. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-5 .......................... 149 Gambar 55. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-6 .......................... 151 Gambar 56. Diagram T-s Untuk Proses Isentropik ........................ 153 Gambar 57. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-7 .......................... 154 Gambar 58. Diagram T-s untuk Proses Politropis .......................... 156 Gambar 59. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-8 .......................... 158 Gambar 60. Diagram T-s Untuk s1>s2 ............................................ 159 Gambar 61. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-9 .......................... 160 Gambar 62. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-10 ........................ 162 Gambar 63. Vessel A dan B ........................................................... 163 Gambar 64. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-11 ........................ 164 Gambar 65. Diagram T-s Untuk Proses Ekspansi Adiabatis .......... 165 Gambar 66. Diagram T-s Untuk Proses Kompressi Adiabatis ....... 166 Gambar 67. Diagram T-s Untuk Contoh Soal 8-12 ........................ 167 Gambar 68. Sistem yang Diisolasi ................................................. 169 Gambar 69. Diagram T-s Untuk Proses Irreversibel ..................... 170 Gambar 70. Siklus Kerja Mesin Pemanas ...................................... 173 Gambar 71. Diagram T-s Untuk Soal 8-13 .................................... 176 Gambar 72. Siklus Otto. ................................................................. 185 Gambar 73 Diagram Aktual P-V Motor Bensin ............................ 187 Gambar 74. Tekanan Efektif .......................................................... 190 Gambar 75. Siklus Diesel ............................................................... 194 Gambar 76. Siklus Gabungan......................................................... 198 Gambar 77. Diagram P-V untuk Contoh soal 9-4 .......................... 200

 

  xiii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Bab I Pendahuluan

A. Pandangan Umum tentang Termodinamika

emua makhluk hidup membutuhkan energi untuk hidupnya, dan kehidupan modern dapat berlang-sung terus bilamana manusia mampu mengem-

bangkan sumber energi sesuai dengan kebutuhan. Energi ter-diri dari bermacam-macam, misalnya yang dimiliki oleh atom sesuatu unsur sampai dengan yang dipancarkan oleh matahari.Dalam batas-batas tersebut termasuk energi kimia yang di kan-dung oleh suatu bahan bakar dan energi potensial yang dimiliki oleh air.

Beberapa proses perubahan energi yang satu menjadi bentuk energi lainnya seperti berikut ini.

1. Massa air yang besar dialirkan melalui suatu turbin dan memutarnya guna menggerakkan generator untuk meng-hasilkan daya listrik.

2. Batu bara dibakar untuk menguapkan air dan kemudian uap digunakan untuk menggerakkan turbin.

3. Minyak dibakar dalam silinder motor bakar menghasilkan tenaga gerak pada porosnya.

4. Atom uranium ditembakkan dan diuraikan menghasilkan panas yang tinggi, dipakai untuk menghasilkan energi listrik.

S

2

Proses perubahan energi tersebut telah berkembang sangat pesatnya sejak instalasi tenaga uap ditemukan oleh James Watt sampai pada bentuk yang sangat komplek dewasa ini.

Termodinamika terapan adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara panas, kerja dan sifat-sifat suatu sistem. Ilmu ini erat hubungannya dengan konversi energi panas dari suatu sumber menjadi kerja mekanik.

Pesawat panas (heat engines) adalah suatu nama yang diberikan pada suatu sistim dengan melalui proses siklus ter-tentu akanmenghasilkan kerja dari pemberian panas. Hukum-hukum termodinamika berisikan hipotesa yang didasarkan pa-da observasi terhadap dunia dimana manusia hidup. Observasi mana menunjukkan bahwa panas dan kerja dua hal yang meru-pakan bentuk energi yang dapat berubah bentuk. Ini merupakan dasar hukum pertama termodinamika.

Kemudian dinyatakan bahwa panas jarang mengalir dari bertemperatur rendah ke temperatur tinggi. Pernyataan ini menjadi dasar bagi hukum kedua termodinamika, yang menun-jukkan bahwa suatu pesawat panas tak dapat mengubah selu-ruh energi panas menjadi kerja mekanik, akan tetapi selalu ada kerugian atau perpindahan ke benda bertemperatur rendah.

B. Sistem, Lingkungan dan Batas

Dalam mempelajari termodinamika perlu kiranya, kita mendefinisikan beberapa istilah atau konsepsi sebagai berikut:

1. Sistem Suatu sistem dapat didefinisikan sebagai suatu kumpulan

benda yang berada dalam batas-batas tertentu. Batas tertentu dapat merupakan permukaan yang tetap dan permukaan yang

3

khayal (gambar 1) serta pembukaan yang bergerak (gambar 2). Sistem dapat dibagi menjadi sistem tertutup dan sistem terbuka.

Pada sistem terbuka perpindahan massa dan perpindahan energi dari dan kedalam sistem melalui batas sistem dapat berlang-sung. Tidak demikian halnya dengan sistem tertutup. Pada sis-tem tertutup, massa tidak dapat keluar atau masuk kedalam sis-tem, jumlah massa didalam sistem tidak berubah. Energi dapat masuk atau keluar dari sistem.

Gambar 1. Sistem Terbuka

Gambar 2. Sistem Terbuka dengan Batas Sistem Bergerak

4

Selain kedua macam sistem di atas, ada lagi sistem macam ketiga, yaitu sistem diisolasi. Pada sistem diisolasi, jumlahmassa dan energi di dalam sistem tidak berubah, selama selang waktu sistem digunakan. Baik massa maupun energi tidak da-pat menembus batas sistem.

Gambar 3. Sistem Diisolasi dengan Kain

Perhatikanlah sebuah teko berisi air seperti ditunjukkan pada gambar 3. Bila teko tersebut dipanaskan beberapa lama, maka akan terlihat adanya uap air yang keluar dari mulutnya. Teko yang dipanaskan ini merupakan sistem yang terbuka, kare-na massa atau uap air dapat keluar dari batas sistem. Sekarang teko tersebut diletakkan di atas meja dan ditutup oleh kain dan meja. Sistem yang baru ini merupakan sistem tertutup. Bila me-ja dianggap isolator sempurna, maka sistem baru ini adalah sis-tem yang diisolasi, karena tidak hanya massa yang tidak dapat keluar melalui batas sistem, melainkan juga energi panas.

Gambar 4 memperlihatkan gas yang berada di dalam ruang bakar, lengkap dengan katup isap dan katup buang serta piston. Apakah sistem seperti terlihat dalam gambar merupakan sistem terbuka atau sistem tertutup?

5

Ini tergantung dari selang waktu penentuan dari sistem tersebut. Untuk selang waktu tertentu dari putaran poros engkol, dimana semua katup dalam keadaan tertutup, maka sistem ini meru-pakan sistem tertutup.

Gambar 4. Sistem Tertutup

Sistem tersebut tidak dapat dinamakan sistem diisolasi, karena energi dapat keluar atau masuk melalui batas sistem. Untuk selang waktu dimana katup isap dan katup buang dalam keadaan terbuka, dimana bahan bakar dan udara mengalir ma-suk melalui katup isap atau keluar melalui katup buang, maka sistem tersebut merupakan sistem terbuka.

2. Ciri Sistem Suatu sistem mempunyai beberapa ciri. Ciri sistem dapat

dibagi menjadi ciri ekstensif dan intensif. Ciri ekstensif adalah karakteristik keseluruhan dari suatu sistem yang menyatakan jumlah sesuatu di dalam tersebut. Misalnya volume, massa, en-tropi, energi dan sebagainya. Perlu diingat bahwa untuk waktu tertentu, hanya ada satu harga dari volume, massa, entropi dan energi. Pada waktu yang lain, harga-harga ini akan

6

berlainan. Dengan kata lain ciri ekstensif hanya tergantung dari waktu.

Selanjutnya ciri intensif adalah ciri yang mempunyai harga tertentu untuk tiap titik dari suatu sistem pada waktu tertentu, misalnya temperatur, tekanan dan sebagainya. Jadi ciri intensif tergantung dari posisinya dalam sistem tersebut pada waktu tertentu. Perhatikan sebatang besi yang dipanaskan salah satu ujungnya. Pada waktu tertentu, suhu dari tiap titik pada batang tadi akan mempunyai harga tertentu.

3. Lingkungan Daerah yang menutup sistem dinamakan lingkungan

(surrounding). Lingkungan dapat dipengaruhi oleh perubahan dalam sistem.

4. Batas sistem Permukaan yang terpisah antara sistem dan lingkungan

dinamakan batas (boundary) sistem. Untuk permukaan yang tetap dan permukaan yang khayal, batas sistem seperti ditunjukkan pada gambar 1, sedangkan untuk permukaan yang bergerak, batas sistem terlihat pada gambar 2. Pada sistem tertutup, flui-da tetap dalam batas sistem, dan sistem terbuka, energi panas, energi kerja, dan fluida dapat menembus batas sistem.

C. Panas

Panas adalah suatu bentuk energi yang dipindahkan dari suatu benda ke benda lainnya yang bertemperatur rendah dengan perubahan perbedaan temperatur. Misalnya sebuah sketsa pada gambar 5.

7

Gambar 5. Benda A dan B Memiliki Suhu Berbeda

Ketika benda A memiliki temperatur yang lebih rendah dikontakkan dengan benda B yang memiliki temperatur tinggi, maka akan timbul pengaliran panas dari benda B ke benda A sampai keduanya mencapai temperatur yang sama. Dan saat temperatur benda A sama dengan benda B, maka tidak akan terjadi lagi perpindahan panas dan dikatakan keduanya dalam kondisi “thermal equiblibrium” (kesetimbangan panas).

Panas hanya terlihat selama proses itu saja dan merupakan energi yang tidak kekal, karena energi panas mengalir dari benda B ke benda A. Pada hakekatnya akan terjadi penurunan energi di B dan kenaikan di A. Energi yang demikian merupakan fungsi dari temperatur dan tidak boleh salah pengertian dengan panas. Perlu dicatat bahwa panas tidak dapat diisikan kedalam suatu benda.

Perjanjian tanda yang digunakan untuk panas adalah positif bila energi panas mengalir ke dalam sistem lingkungan. Sebaliknya, energi panas yang mengalir dari sistem ke lingkungan dinyatakan dengan tanda negatif.

8

D. Kerja

Kerja dapat didefinisikan sebagai hasil suatu gaya dan perpindahan dalam arah gaya tersebut. Apabila suatu batas untuk sistem tertutup bergerak dalam arah gaya yang berkerja padanya, maka sistem ini melakukan kerja pada lingkungan. Jika batas sistem bergerak ke dalam (menyempit), maka kerja yang dilakukan oleh lingkungan. Dengan kata lain, pengem-bangan atau ekspansi merupakan hasil kerja sistem, sedangkan kompressi merupakan kerja yang diberikan kepada sistem.

Perjanjian tanda yang digunakan untuk kerja adalah posi-tif, apabila kerja dipindahkan dari sistem ke lingkungan. Seba-liknya, jika kerja yang dipindahkan dari lingkungan ke dalam sistem maka dinyatakan sebagai negatif. Dengan demikian, kerja selama proses eskpansi adalah positif dan kerja selama proses kompressi adalah negatif.

E. Satuan dan Dimensi

Satuan yang digunakan dalam termodinamika adalah satuan SI (sistem Internasional) yang merupakan sistem koheren. Sistem ini didasarkan pada enam satuan dasar, yakni :

1. Meter standar satuan panjang 2. Kilogram standar satuan massa 3. Detik standar satuan waktu 4. Amper standar satuan arus listrik 5. Kadela standar satuan intensitas cahaya 6. Kelvin standar satuan temperatur

Sistem ini juga menggunakan satuan radian (rad) untuk mengukur sudut, baik sudut di bidang datar maupun di dalam

9

ruang. Di samping itu, beberapa satuan utama lain yang digunakan dalam sistem SI adalah : kecepatan dalam satuan m/detik, percepatan dalam satuan m/det2, volume dalam satuan m3, volume jenis dalam satuan m3/kg dan sebagainya.

Di bawah ini akan diuraikan mengenai satuan gaya, energi, daya, tekanan, dan temperatur. 1. Satuan Gaya, Energi dan Daya

Hukum Newton dua dapat ditulis sebagai gaya berbanding lurus dengan massa benda dan percepatannya. Un-tuk benda dengan massa konstan dapat ditulis dalam bentuk persamaan :

F = k x m x a dimana :

F = Gaya k = Konstanta m = massa benda a = percepatan benda

dalam satuan sistem koheren SI diambil k =1, sehingga persamaan di atas dapat ditulis menjadi :

F = m x a

Bila satuan massa adalah kilogram dan satuan percepatan adalah m/det2, maka satuan gaya menjadi kg m/det2 atau New-ton.

Untuk satuan energi diturunkan dari hasil perkalian gaya dengan jarak perpindahan (definsi kerja). Bila gaya mempunyai satuan Newton dan jarak perpindahan dalam satuan meter, ma-ka kerja mempunyai satuan kg m2 / det2 atau Nm, sedangkan 1 Nm = 1 Joule. Dengan demikian energi mempunyai satuan Joule, begitu pula denga kerja dengan

10

energi panas, satuannya Joule. Sebab kerja dan panas merupakan dua bentuk energi.

Selanjutnya satuan daya diturunkan dari satuan kerja dan waktu. Sebab daya adalah usaha per waktu. Bila kerja (usaha) mempunyai satuan Joule dan waktu dalam satuan detik, maka satuan daya adalah Joule per detik, disingkat saja dengan J/det, dimana 1 J/det=1Nm/det=1watt. Dengan demikian, satuan untuk daya adalah Watt. Biasanya daya suatu motor, generator, dan sebagainya dinyatakan dalam faktor kelipatan yang lebih besar, kilo watt atau mega watt. Untuk itulah dalam sistem SI ada faktor kelipatan dan sub kelipatan dengan menggunakan awalan sebagai berikut :

Faktor kelipatan Awalan Simbul Satu Milyar ; 109 Giga G Satu juta ; 106 Mega M Seribu ; 103 Kilo k Sepersepuluh ; 10-1 Deci d Seperseratus ; 10-2 Centi c Seperseribu ; 10-3 Milli m Sepersejuta ; 10-6 Micro µ

Untuk mendapatkan tabel yang lengkap dapatlah dilihat pada buku sistem SI. Akan tetapi pada kebanyakan tabel di atas rasanya sudah cukup. Di samping itu, faktor kelipatan dan sub kelipatan di atas tidak hanya berlaku untuk satuan daya, akan tetapi berlaku untuk semua satuan lainnya, seperti gaya, energi, dan sebagainya.

11

2. Satuan Tekanan Satuan tekanan adalah N/m2 dan biasanya di kenal den-

gan pascal (Pa). untuk kebanyakan kasus yang terjadi pada ter-modinamika, maka tekanan ditunjukkan dalam Pa, akan sangat kecil. Satuan yang biasa dipakai adalah bar.

1bar = 105 N/m2 = 105 Pa. Keuntungan satuan ini adalah karena 1 bar tersebut

mendekati tekanan atmosfir (atm). Walaupun tekanan atmosfir standar adalah 1,01325 bar. Sering pula tekanan ditunjukkan sebagai head (tekanan) zat cair, karenanya tekanan atm standar = 1,0132 bar = 76 mm Hg.

3. Satuan temperatur Dalam termodinamika yang berhubungan dengan mesin-

mesin motor yang berkerja, hal ini diperlukan untuk menghi-tung temperatur dari suatu titik dimana gas diperkirakan tidak mempunyai energi. Pada titik ini tidak ada pergerakkan relatif antara molekul-molekul dan gas tidak terjadi perubahan vo-lume. Temperatur yang terjadi dinamakan temperatur absolut (mutlak) dan diperkirakan besarnya 2730 C dan 4600 F.

Temperatur mutlak pada skala Celcius dihubungkan dengan 0K (derajat Kelvin) dan skala Fahrenheit dihubungkan dengan derajat Rankinne (0R). Temperature normal (nisbi) ditulis dengan t dan temperatur mutlak dengan T. Dengan demikian hubungan antara skala Celcius dengan skala Kelvin dan skala Fahrenheit dengan skala Rankine dapat ditulis dalam bentuk persamaan:

T = 273 + t 0C T = 460 + t 0F

Berhubung satuan yang dipakai adalah sistem SI, maka satuan temperatur nisbi dalam derajat Celcius dan Satuan

12

temperatur mutlak dalam derajat Kelvin. Sementara itu satuan temperatur dalam derajat Fahrenheit dan Rankine digunakan dalam satuan British atau satuan sistem FPS (Feet – Pound – Second System ).

F. Sifat-Sifat Fluida

Sifat dari suatu sistem merupakan karakteristik yang ditentukan dari kondisinya. Pada umumnya dalam termodinami-ka meliputi tekanan, volume dan temperatur. Meskipun banyak sifat yang lain, yang akan dibahas dalam bagian berikutnya. Beberapa sifat itu adalah internal energi (energi dalam), entalpi, dan entropi. Jika dua sifat bebas dari suatu fluida dalam sistem tertutup diketahui, maka keadaan (state) sistem juga diketahui, dan kondisi sistem secara lengkap dapat diuraikan.

Ini sama dengan cara untuk menggambarkan sebuah titik P pada sebuah gambar (diagram) yang mempunyai dua sumbu koordinat, yakni X dan Y. jika koordinat P diketahui, katakan-lah X1 dan Y1, maka posisi P pada diagram secara lengkap da-pat diuraikan, karenanya jika X1 dan Y1 (yakni titik P ) menen-tukan keadaan suatu sistem pada suatu saat (instant), sedangkan X2 dan Y2 (yakni titik Q) merupakan kondisi pada saat berikut-nya, maka titik dapat digambarkan pada sebuah diagram seperti ditunjukkan pada gambar 6. Tidak peduli lintasan mana dilalui oleh sistem titik P ke titik Q, lintasan itu dapat dilihat sebesar X2 – X1.

Penting untuk diingat bahwa suatu sifat mempunyai karakteristik dasar, yakni perubahan nilainya bebas dari lintasan yang dilalui dari keadaan awal sampai akhir. Jika suatu diskripsi dari sejumlah sifat tidak ditemukan, maka jumlah ini tidak merupakan suatu sifat.

13

Dapat dilihat bahwa kerja yang dipindahkan dan panas yang dipindahkan adalah tidak merupakan sifat-sifat, sebab kerja

yang dipindahkan ini

Gambar 6. Diagram Keadaan Sistem

dengan Koordinat P dan Q

ditulis sebagai W2 dikurangi W1 (W2 – W1) atau panas yang dipindahkan sebagai Q2 – Q1, dalam suatu proses. Malahan ditulis W12 atau secara sederhana W dan Q12 atau Q.

Soal-Soal Latihan

1. Apa yang dipelajari dalam termodinamika terapan? 2. Jelaskan pengertian dari beberapa istilah dibawah ini :

a) Sistem b) Sistem terbuka dan sistem tertutup c) Sistem diisolasi d) Lingkungan e) Batas sistem

14

f) Panas g) Kerja h) Proses reversibel i) Proses irreversibel

3. Apa yang dimaksud dengan ciri sistem yang intensif, dan eskstensif?. Berikan contoh-contohnya!

4. Keadaan berikut ini, manakah yang menyatakan sifat-sifat suatu fluida : tekanan, temperatur, volume, panas, dan kerja. Berikanlah penjelasan dalam mendukung jawaban anda!

5. Buktikanlah mengapa tekanan atmosfir standar = 1,013 bar!

6. Sebutkanlah kriteria-kriteria dari suatu proses yang dikatakan reversibel.

7. Temperaturuap meninggalkan ketel 4900 F.

nyatakanlah temperatur ini dalam derajat Celcius! 8. Temperatur dari sebuah mesin pendingin adalah minus

400F. berapakah temperatur mesin pendingin dalam de-rajat Celcius.

9. Sebuah balon diisi dengan gas helium sehingga balon tersebut makin mengembang. Perhatikanlah balon tersebut sebagai suatu sistem, dimana batas sistem adalah dinding balon dan bagian masuk dari gas helium. Tentukanlah :

a) Sistem apakah ini? b) Bagaimanakah massa balon? c) Apakah kecepatan dari gas helium di dalam

sistem merupakan ciri dari sistem. d) Jumlah massa gas helium yang mengalir selama

dua menit, apakah merupakan ciri dari sistem?

15

Bab II Hukum Pertama Termodinamika

A. Konversi Energi

onsep energi dan hipotesis yang menyatakan bahwa energi itu dapat berubah bentuk, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

dikembangkan oleh para ilmuan sejak awal abad ke 19 dan menjadi terkenal dengan sebutan The Principle of Conversion of Energi atau Prinsip Konversi Energi. Prinsip konversi energi hukum pertama tentang termodinamika merupakan salah satu pernyataan dari prinsip umum tentang konversi energi dengan dasar energi panas dan energi mekanik (misalnya kerja). Pada abad ke 18, panas dipandang sebagai fluida (daya sebutan kalorik) oleh para ilmuan, dua buah energi, sampai percobaan Joule lebih kurang pada tahun 1840, yang menunjukkan bahwa panas dan kerja merupakan dua hal dapat saling dikonversikan. Sejak itulah panas dipandang sebagai energi.

Perhatikanlah suatu sistem ideal pada gambar 7 a, yang terdiri dari massa m yang dihubungkan dengan sebuah drum dengan bantuan seutas tali. Bila sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, besarnya W = mgh menembus batas sistem dan masuk ke dalam sistem, dimana berubah menjadi energi potensial. Jumlah kerja W akan bertanda negatif, sebab kerja yang dipindahkan dari lngkungan ke dalam sistem. Jika sistem

K

16

kembali ke keadaan awal (jika massa m kembali kebidang 1 secara perlahan dengan menggunakan gaya pada engkol) pe-rubahan pada energi potensial mgh akan diubah menjadi energi kerja W yang kembali dari sistem ke lingkungan menembus batas sistem. Kerja ini akan bertanda positif dan kerja bersih yang dilakukan akan sama dengan nol. Ini dapat ditulis ∑ 8W = 0, dimana ∑ berarti jumlah bagian terkecil dari W yang men-galami perubahan dari keadaan 1 ke keadaan 2 dan kembali ke keadaan 1, menarik untuk dicatat, kita tidak mengatakan bah-wa disimpan pada keadaan 2, tetapi energi yang terdapat pada keadaan 2 adalah besar energi potensial. Karena sistem kem-bali ke keadaan awal setelah mengalami satu seri proses, sistem dikatakan mengalami suatu siklus tertutup.

Gambar 7. Suatu Proses Konversi Tenaga

Ambil suatu proses untuk memindahkan massa dari 1 ke 2 dan massa kembali dari 2 ke 1. Bila gerakannya dikontrol

17

dengan sebuah rem ban seperti dalam gambar 7.b. kerja yang dipindahkan sewaktu massa turun akan diubah menjadi energi panas Q oleh rem ban. Jika energi panas Q diukur tepat, untuk massa yang bergerak melalui bermacam-macam ketinggian, kita dapat menentukan nilai kerja yang dipindahkan, yakni berbanding lansung dengan energi panas, yakni W Q atau ∑

W ∑ Q. jika tanda perbandingan diganti dengan tanda yang setara maka ∑ W = konstanta x ∑ Q. Jika ∑ W = 1 Nm, panas dapat sihitung ∑ Q = 1 Joule, sehingga persamaan menjadi 1 Nm = konstanta x 1 joule, sebab 1 Nm = 1 Joule. Konstanta adalah kesatuan (unity).

Persamaan dapat ditulis ∑ δ W = ∑ δQ. Persamaan ini menyatakan satu bentuk dari hukum pertama termodinamika, dan dapat dinyatakan dalam bentuk kata-kata sebagai berikut :

Jika sebuah sistem dalam sebuah siklus tertutup, maka kerja bersih yang dipindahkan berbanding lansung dengan panas bersih yang dipindahkan. Tidak ada bukti matematis ten-tang hukum ini, tetapi semua eksperimen mendukungnya.

B. Kerja Luar (External Work) Kerja didefenisikan sebagai hasil kali gaya dan jarak

perpindahan dalam arah gaya tersebut. Perhatikanlah fluida yang mengembang di samping piston dari sebuah mesin seperti ditunjukkan pada gambar 8. Gaya F akan menghasilkan F = p . A, dimana p adalah tekanan pada piston dan A luas piston. Jika dx perpindahan piston dan p dianggap konstan, maka kerja yang dilakukan sebesar berikut ini.

18

dW = F . dx dW = p . A dx sedangkan A . dx = dV

dengan mensubtitusikan dV ke persamaan 1, maka didapatlah persamaan dalam bentuk :

dW = p . dV dimana dW adalah elemen luas yang diarsir.

Gambar 8. Kerja yang dilakukan dalam silinder

Dari gambar di atas, bila arah dx ke kanan (dx berlawanan arah dengan F) berarti gas mengembang atau volume bertambah atau dV positif. Jadi sistem akan melakukan kerja terhadap sekelilingnya, bila dV positif. Hal ini terdapat pada proses ekspansi. Secara singkat, pada proses ekspansi dV adalah positif, maka kerja adalah positif. Sebaliknya, bila arah dx kekiri (dx searah dengan gaya F) berarti volume gas

19

berkurang atau dV negatif. Jadi sistem akan menerima kerja dari sekelilingnya, bila dV negatif. Hal ini terdapat pada proses kompressi. Secara singkat, pada proses kompressi dV adalah negatif, maka kerja adalah negatif.

Selanjutnya bila sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, maka kerja total yang dilakukan atau diterima oleh sistem:

Bila p konstan, maka kerja total yang dilakukan atau diterima oleh sistem adalah :

W = p (v2 – v1) Jadi kerja total yang dilakukan atau diterima oleh sistem

dengan mengabaikan gesekan antara sistem dan silinder, dan gesekan dalam fluida sendiri adalah sebesar yang tertera pada persamaan 4.

Contoh soal 2.1 Dalam suatu intalasi tenaga panas, turbin menghasilkan

daya sebesar 1000 KW. Panas yang diberikan kepada uap dalam ketel sejumlah 2800 kJ/kg,

Gambar 9. Suatu Instalasi Tenaga Panas

 

  20

Sementara itu panas dilepaskan oleh sistem kepada air pendingin dalam kondensor sebanyak 2100 kJ/kg dan pompa air pengisi (kondensat) membutuhkan kerja sebesar 5 KW. Hitunglah jumlah aliran uap yang mengalir dalam siklus dalam kg/det. Siklus ini ditunjukkan pada gambar 9. Penyelesaian :

Perhatikanlah gambar 9 di atas. Batas siklus dipandang sebagai pedoman fluida kerja saja.

Q = 2800 – 2100 = 700 kJ/kg. Misalnya aliran uap tersebut dalam kg/det, sehingga :

Q = 700 m kJ/det. W = 1000 – 5 = 995 kW = 995 kJ/det.

Dari persamaan konversi energi, maka diperoleh : Q = W 700 m = 995 m = = 1,421 kg/det.

Jadi massa uap yang mengalir dalam siklus = 1, 421 kg/det Contoh soal 2.2 Gambar 10 menunjukkan suatu proses tertentu yang mengalami suatu siklus yang lengkap. Tentukanlah kerja yang dilakukan (Wo).

Gambar 10. Suatu Proses dari Suatu Siklus

 

  21

Penyelesaian : Untuk suatu siklus yang lengkap :

∑ Q - ∑ W = 0 Dimana Qi adalah positif, W0 adalah positif, Q0 adalah negatif, dan Wi adalah negatif .

∑ Q = Qi – Q0 = 10 – 3 = 7 kJ ∑ W = W0 – 2 ∑ Q - ∑ W = 0 7 - W0 + 2 = 0 W0 = 9 kJ

Contoh soal 2.3 Suatu fluida pada tekanan 3 bar mempunyai volume jenis (v) = 0,18 m3/kg, dimasukkan ke dalam silinder yang tertutup, dengan piston diekspansikan secara reversibel sampai tekanan 0,6 bar. Proses mengikuti rumus p = C/v2, dimana C suatu konstanta. Hitunglah kerja yang dilakukan fluida kepada torak. Penyelesaian :

Kerja yang dilakukan

Dimana p = C/v2, Sehingga kerja yang dilakukan

W = C

Selajutnya , C = p . v2 = 3 . (0,18)2 = 0,0972 bar (m3/kg)2

dan

v2 = =

22

Kerja yang dilakukan = C x (1/v1 – 1/v2) W = 0,0972 x 105 (1/0,18 – 0,402) Nm/kg W = 29840 Nm/kg.

Contoh soal 2.4 1 kg fluida dimasukkan ke dalam sebuah silinder pada tekanan awal 20 bar. Fluida itu diekspansikan menurut proses reversibel menurut rumus pV2 = konstan sampai volumenya menjadi dua kali lebih besar. Kemudian didinginkan kembali secara reversibel pada tekanan konstan sampai fluida mencapai kondisi awalnya. Kemudian fluida dipanaskan secara reversibel dengan piston tetap pada tempatnya sampai tekanan naik men-capai 20 bar, hitunglah kerja bersih yang dilakukan oleh fluida, apabila volume awalnya adalah 0,05 m3. Penyelesaian : Perhatikanlah gambar.

Gambar 11. Diagram P-V untuk Contoh Soal 2-4

p1 . V12 = P2 . V2

2

p2 =

 

  23

= 20 (1/2)2 = 5 bar

Kerja yang dilakukan pada proses 1-2 adalah W1 = luas 12BA1

= ∫2

1pdv

= ∫2

1

2/v

vdvvc

=

dimana C = p1 V12 = 20 x 0,052 = 0,05

V1 = 0,05 m3 ; V2 = 2 V1 = 2 x 0,05 = 0,1 m3 W1 = 105 x 20 x 0,052

= 0,05 x 105 (1/0,1 – 1/0,05) = 50 x 103 Nm

Kerja yang dilakukan oleh fluida dari 2 – 3 adalah W2. W2 = luas 32BA3 = 105 x 5 (0,05 – 0,1) = - 25 x 103 Nm. Kerja yang dilakukan dari 3 – 1 adalah sama dengan 0, sebab piston tidak bergerak sehingga tidak terjadi perubahan volume (dV = 0). W3 = 0

Total kerja yang dibutuhkan oleh fluida selama siklus adalah :

Wtot = W1 + W2 + W3 = 50 x 103 – 25 x 103 + 0 = 25 x 103 Nm

24

C. Internal Energi

Perhatikanlah suatu perubahan dalam sistem dari keadaan 1 ke keadaan 2 dengan lintasan A dan kembali ke keadaan awal 1 dengan lintasan C, sebagai diilustrasikan dalam gambar 12.

Dari hukum pertama termodinamika dapat diperoleh suatu persamaan sebagai berikut ini.

∑ Q - ∑

W = 0 …. 1 atau

Lewat A lewat C lewat A lewat C atau

Lewat A lewat A lewat C lewat C

 

  25

Gambar 12. Suatu Perubahan dalam Sistem

Selanjutnya sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2 lewat lintasan B dan kembali ke keadaan 1 melalui lintasan C. dengan alas an yang sama, maka :

Lewat B lewat B lewat C lewat C

Bandingkan persamaan 3 dan 4, kelihatan bahwa :

karenanya

mempunyai harga yang sama pada lintasan yang dilalui, dari keadaan 1 ke keadaan 2, dan oleh karenanya menyatakan perubahan sifat dari suatu sistem, ditulis dengan U, dan perubahan energi dalam antara 1 dan 2, menghasilkan :

U2 – U1 = = Q12 – W12 (T.H.Thomas, 1979 : 11).

26

Energi dalam adalah jumlah seluruh energi yang dimi-liki fluida dan tersimpan dalam dirinya. Molekul suatu fluida dapat dibayangkan dalam keadaan bergerak, karena memiliki energi kinetik yang bergerak linier dan berputar sebagai pen-garuh energi dan getaran atom-atom dalam molekul. Tamba-han lagi, fluida juga memiliki energi potensial yang disebabkan oleh gaya intermolekul. Total energi ini merupakan bentuk dari energt dalam. Bila suatu gas mengembang tanpa ada panas yang diberikan dari suatu tekanan yang tinggi ke tekanan ren-dah disamping piston, maka energi dalam tersebut berguna bagi gas untuk melakukan kerja. Pada kasus ini dalam kenyataannya perubahan energi dalam U2 –U1 sama dengan kerja yang dilakukan (W). adalah tidak mungkin untuk menentukan harga mutlak dari energi dalam pada suatu keadaan, tetapi ini tidak merupakan suatu kerugian, sebab selalu yang dibutuhkan untuk diketahui hanya perubahan energi dalam U = m . u, dimana m = massa fluida.

Contoh soal 2.5 Suatu sistem melakukan kerja sebesar 500 kNm sedangkan energi panas sebesar 800 kJ dipindahkan ke dalam sistem. Hitunglah perubahan energi dalam dan keadaannya apakah naik atau turun?

Penyelesaian : U2 – U1 = Q12 - W12

dimana W12 = + 500.000 Nm = + 500.000 J = 500 kJ

sehingga U2 – U1 = 800 – 500 = 300 kJ

Tentu U2 > U1, dengan demikian energi dalam naik.

27

Contoh soal 2.6 Pada langkah kompresi sebuah motor, panas yang

dilepaskan kepada air pendingin adalah 45 kJ/kg. Hitunglah pe-rubahan energi dalam dari fluida kerja, dan hal itu merupakan pertambahan atau pengurangan. Penyelesaian

Q = - 45 kJ/kg (tanda negatif adalah panas yang dilepaskan) W = - 90 kJ/kg (tanda negatif merupakan bentuk

kerja input kepada sistem) Dengan menggunakan rumus persamaan energi dalam di atas, maka diperoleh : U2 – U1 = Q12 – Q12

= (- 45) – (- 90) = - 45 + 90 = + 45 kJ/kg

Pertambahan energi dalam adalah 45 kJ/kg.

Contoh soal 2.7 Dalam silinder motor, udara yang terkompresi memiliki energi dalam 420 kJ/kg pada awal ekspansi dan energi dalam 200 kJ/kg di akhir ekspansi. Hitunglah jumlah panas yang mengalir keluar atau masuk silinder apabila kerja yang dilakukan oleh udara selama ekspansi adalah 100 kJ/kg. Penye-lesian :

Dengan menggunakan rumus persamaan energi dalam di atas, maka akan diperoleh : U2 – U1 = Q12 – W12 (200 – 420) = Q12 – 100

- 220 = Q12 – 100 Q12 = - 220 + 100

28

Q12 = - 120 kJ/kg. Jadi panas yang dilepaskan oleh udara sebanyak 120 kJ/kg.

D. Soal-Soal Latihan

1. Sebuah sistem bekerja secara siklus sempurna. Panas yang dibutuhkan sistem 800kJ dan yang dikeluarkan 550 kJ. Pada dua titik, kerja yang dilakukan sistem 96 kNm dan 20 kNm.Pada titik ke tiga ada kerja yang dipindahkan.Tentukanlah jumlah kerja yang dilakukan dan keadaannya, apakah kerja dilakukan oleh sistem atau pada sistem.

(Kunci : 134 kNm, dan kerja dilakukan oleh sistem). 2. Sebuah sistem dynamometer menyerap 89,5 kW selama

percobaan pada sebuah mesin. Panas dalam dinamometer didinginkan dengan air pendingin. Setelah kondisi mantap, tentukanlah jumlah air pendingin yang mengalir untuk menaikkan suhu 17 0C, kapasitas panas jenis untuk air = 4,2 kJ/kg 0C.

(Kunci : 75 kg/menit). 3. Sebuah kipas angin (fan) berputar dalam sebuah ruangan

tertutup. Pada suatu titik energi kinetiknya 678 kJ. Daya dari kipas angin berkurang dan putaran kipas berangsur-angsur turun. Diperkirakan panas yang hilang dari ruangan (chamber) selama kipas berputar adalah 50 kJ. Tentukalah perubahan energi dalam dari ruangan.

(Kunci : 628 kJ) 4. Pada sebuah motor bensin diperlukan energi untuk air pendingin

30%, untuk gas bekas 4%, dan lingkungan 8% dari energi yang diberikan. Kerja bermanfaat yang dihasilkan mesin 7,5 kW. Tentukanlah jumlah panas yang dibutuhkan dalam

29

kJ/menit dan jumlah bahan bakar bensin yang diperlukan per jam jika panas yang ditimbulkan oleh setiap kg bensin adalah 419000kJ. Gambarlah sebuah diagram dari mesin yang menunjukkan aliran energi.

(Kunci : 2046 kJ/menit; 2,75 kg/h 5. Dalam langkah kompresi suatu pesawat, kerja yang

diberikan kepada gas oleh torak adalah 70 kJ/kg dan panas yang dibuang kepada air pendingin adalah 42 kJ/kg. Hitunglah perubahan energy dalam dan sebutkan energi ini merupakan penerimaan atau pembuangan.

(Kunci : 28 kJ/kg ; penerimaan) 6. Jika tekanan di samping sebuah piston tetap konstan sebesar

690 kN/m2, sedangkan volume naik dari 0,003 m3 sampai 0,024 m3 dan panas sebesar 6 kJ dipancarkan dari dinding silinder, hitunglah perubahan energi dalam.

(Kunci : - 20,5 kJ 7. Sejumlah massa gas dengan energi dalam 1500 kJ di-

masukkan ke dalam silinder yang mempunyai isolasi panas yang sempurna. Gas diekspansikan dibawah torak sampai energi dalamnya menjadi 1400 kJ. Hitunglah kerja yang di-lakukan gas. Apabila ekspansinya mengikuti rumus pV2 = konstan, dan tekanan dan volume awalnya 28 bar dan 0,06 m3, hitunglah tekanan dan volume akhirnya.

(Kunci : 100 kJ ; 4,59 bar ; 0,148m3) 8. Gas dalam silinder motor bakar mempunyai energi dalam

800 kJ/kg dan volume spesifik 0,06 m3/kg pada awal ekspansi. Ekspansi ini merupakan proses reversibel dengan pV1,5 = konstan, dari 55 bar menjadi 1,4 bar. Energi dalam setelah ekspansi 230 kJ/kg. hitunglah panas yang terbuang kepada air pendingin tiap kg gas selama langkah ekspansi.

Kunci :105 kJ/kg)

30

Bab III Uap Dan Sifat-Sifatnya

alam bagian ini akan diuraikan mengenai sifat-sifat uap, energi dalam dari liquid dan uap,

tabulasi sifat-sifat uap, sifat-sifat uap basah dan sifat uap panas lanjut.

A. Sifat-sifat Uap

Selama perubahan phase dari cair ke uap, maka liquid berada dalam kesetimbangan dengan uap, dan dapat dilihat dari gambar 1, bahwa tekanan dan temperatur tidak cukup lengkap untuk menentukan keadaan campuran, sebab semua titik antara b dan c mempunyai tekanan dan temperatur yang sama. Untuk menentukan posisi yang tepat dari suatu keadaan dalam daerah ini, maka faktor kekeringan (dryness fraction) digunakan.

Gambar 13. Diagram Temperatur-Spesifik Enthalpi

(Sumber : T. H. Thomas, 1979:49)

D

31

Faktor kekeringan didefinisikan sebagai massa uap jenuh dalam satuan massa dari campuran, dan secara umum di-tulis dengan x. Dengan demikian untuk cairan jenuh (saturated liquid) x = 1, dan untuk kondisi dua keadaan nilai x terletak an-tara 0 dan 1 (T. H. Thomas, 1979:49).

B. Energi dalam dari Liquid dan Uap

Enthalpi (h) dari liquid diperoleh dangan persamaan (Sulaiman Kamil, 1983:15) :

h = u + p v dimana energi dalam dari liquid dan uap dapat dinyatakan dengan : u = h – p v

C. Tabulasi Sifat-sifat Uap

Walaupun mungkin untuk memperoleh beberapa sifat dari dua sifat lainnya, hubungan ini sukar dan membutuhkan amat banyak data empiris. Agar dapat menghitung, maka sifat-sifat telah ditabulasikan sebagai fungsi dari tekanan dan temperatur, dan dalam kasus air dan uap telah dipublikasikan sebagai tabel uap. Suatu daftar sifat-sifat uap ditabulasikan berikut ini, dan simbol yang digunakan telah diakui oleh British Standard Specification.

Simbol Satuan Diskripsi p bar Tekanan absolut dari fluida t °C Temperatur hf kJ/kg Spesifik enthalpi dari cairan jenuh hg kJ/kg Spesifik enthalpi dari uap jenuh hfg kJ/kg Perubahan spesifik enthalpi selama

penguapan vf m3/kg Volume jenis dari cairan jenuh

32

vg m3/kg Volume jenis dari uap jenuh uf kJ/kg Energi dalam spesifik dari cairan

jenuh ug kJ/kg Energi dalam spesifik dari uap jenuh

Harga dari spesifik entropi dari cairan jenuh sf dan uap jenuh sg juga ditabulasikan. Guna dan nilai dari sfat-sifat uap ini akan ditunjukkan kemudian.

Acuan untuk tabel uap diambil pada 0°C dan tekanan 0,0061 bar. Pada titik ini volume jenis cairan jenuh adalah 0,00100 m3/kg, dan spesifik enthalpi dari cairan jenuh adalah nol. Oleh karenanya pada titik ini :

uf = hf − p vf

= 0 – 0,0061 bar x 105 x 0,001 m3/kg

= − 0,61 Nm/kg = −0,61 J/kg

= − 0,00061 kJ/kg

Untuk lebih praktisnya ini diabaikan, karena kecil dan nilai uf pada acuan umumnya diambil sama dengan nol.

D. Sifat-sifat Uap Basah

Sifat-sifat dari uap basah diperoleh dengan menggunakan faktor kekeringan. Jika 1 kg uap basah mempunyai faktor kekeringan x, berarti terdiri dari x kg uap jenuh dan karenanya (1 – x) kg cairan jenuh. Spesifik enthalpi

 

  33

dari uap basah hx akan sama dengan enthalpi x kg uap jenuh ditambah enthalpi (1 – x) kg cairan jenuh (T.H. Thomas, 1979:51) :

hx = x hg + (1 – x) hf hx = x hg + hf − x hf

= hf + x (hg – hf) = hf + x hfg

Dengan cara yang sama (T.H. Thomas, 1979:51) : ux = x ug + (1 – x) uf ux = uf + x (ug− uf)

dan vx= x vg + (1 – x) vf Contoh Soal 3-1 Sebuah silinder berisi 0,113 m3 uap pada tekanan 11 bar. Jika massa uap adalah 0,9 kg, hitunglah faktor kekeringan, enthalpi, dan energi dalam. Dari tabel diketahui :

P t vg uf ug hf hfg hg

11 184,1 0,1774 780 2586 781 2000 2781

Penyelesaian :

a. Volume 1 kg uap jenuh pada tekanan 11 bar = 0,1774 m3 = vg Volume 1 kg uap pada kondisi ini

= = 0,1256 m3 = vx

karenanya, vx = (1− x) vf + x vg 0,1256 = (1− x) 0,0010 + x. 0,1774

x = = 0,707

34

b. Spesifik enthalpi dari uap pada tekanan 11 bar dengan faktor kekeringan 0,707 adalah : hx = (1− x) hf + x hg hx = (1− 0,707) x 781 + 0,707 x 2781 = 228,8 + 1966,2 = 2195 kJ/kg Enthalpi dari 0,9 kg uap pada tekanan 11 bar dan faktor kekeringan 0,9 didapatkan: = 2195 kJ/kg x 0,9 kg =1975,5 kJ

c. Energi dalam spesifik dari uap pada tekanan 11 bar dan faktor kekeringan 0,707 adalah : ux = (1 – x) uf + x ug = (1 – 0,707) x 780 + (0,707 x 2586) = 228,8 + 1828,2 = 2056,8 kJ/kg Energi dalam dari 0,9 kg uap pada tekanan 11 bar dan faktor kekeringan 0,707 = 2056,8 kJ/kg x 0,9 kg = 1851,1 kJ

E. Sifat-sifat Uap Panas Lanjut

Besaran dari sifat-sifat uap panas lanjut biasanya didaftar dalam tabel terpisah dengan besaran uap jenuh untuk tekanan dan temperatur. Volume jenis dari uap panas lanjut sering dihilangkan dari tabel. Ini dapat dihitung dari hubungan:

v =

dimana h = spesifik enthalpi dari uap panas lanjut dalam kJ/kg, p = tekanan dalam bar, dan v = volume jenis dalam m3/kg. Contoh soal 3-2

35

Hitunglah derajat uap panas lanjut,dan energi dalam spesifik pada tekanan 30 bar dan suhu 300 °C. Dari tabel diketahui :

P tsat t V h

30 233,8 300 0.0812 29955

Penyelesaian : Temperatur uap sebenarnya = 300 °C Temperatur jenuh pada tekanan 30 bar = 233,8 °C Derajat uap panas lanjut = 300 – 233,8 = 66,2 °C Spesifik enthalpi pada tekanan 30 bar dan suhu 300 °C = h = kJ/kg. Spesifik volume (volume jenis) pada tekanan 30 bar dan suhu 300 °C = v = 0,0812 m3/kg.

Energi dalam spesifik (u) : u = h – p v

u = 2995 – 30 bar x 105 x 0,0812 m3/kg

u = 2995 – 243,6 u = 2751,4 kJ/kg

F. Penggunaan Interpolasi pada Tabel

Tabel sifat-sifat uap jenuh dan uap panas lanjut mencantumkan besaran sifat-sifat pada tekanan dan temperatur yang dipilih. Untuk memperoleh besaran sifat-sifat pada kon-disi lain dari yang ada di tabel, maka digunakan interpolasi. Besaran sifat-sifat yang di atas dan di bawah dibutuhkan, dipi-lih dari tabel besaran yang sesuai dengan keadaan, dan selan-

36

jutnya diperoleh dengan perbandingan besaran dengan yang ada di tabel. Contoh berikut ini menunjukan proses interpolasi. Contoh soal 3-3

Uap pada tekanan 15 bar mempunyai volume jenis 0,2 m3/kg. Hitunglah temperatur uap, spesifik enthalpi, dan energi dalam spesifik. Dari tabel diketahui :

t 350 °C 400 °C v 0,1865 0,2029 h 3148 3256

Penyelesaian : Dari tabel di atas, untuk kenaiakan suhu 50 °C

menghasilkan kenaikan volume jenis = 0,2029 – 0,1865 = 0,0164 m3/kg. volume jenis uap = 0,2 m3/kg. Jadi 0,2 – 0,1865 = 0,0135 m3/kg, naik atau lebih besar dari volume jenis pada suhu 350 °C.

Kenaikan temperatur di atas 350 °C = 0164,00135,0 x 50

= 41,3 °C Temperatur uap = 350 + 41,3 = 391,3 °C Dengan cara yang sama, kenaikan temperatur dari 350 °C sampai 400 °C menghasilkan suatu kenaikan spesifik ethalpi 3256 – 3148 =108 kJ/kg. Kenaikan suhu sebesar 41,3 °C menghasilkan kenaikan spesifik enthalpi sebesar,

108 x 50

3,41 = 89,2 kJ/kg

Spesifik enthalpi uap = 3148 + 89,2 = 3237,2 kJ/kg Energi dalam spesifik (u)

u = h – p v

 

  37

u = 3237,2 – 15 bar x 105 bar

mN 2/ x 0,2 m3/kg

u = 3237,2 – 300 kJ/kg u = 2937,2 kJ/kg

Contoh soal 3-4 0,2 m3 uap berada dalam sebuah silinder pada tekanan

10 bar dan suhu 232 °C. jika 800 kJ energi panas mengalir dari uap ke lingkungan sementara tekanan uap tetap konstan, maka tentukanlah: a. Kondisi akhir uap (x) b. Energi kerja yang dipindahkan (w) c. Perubahan energi dalam selama proses (u2 – u1)

Penyelesaian:

Gambar 14. Diagram P – V Untuk Contoh Soal 3 - 4

Oleh karena massa uap dalam silinder tidak diketahui, maka massa uap harus dihitung. Pada titik 1, tekanan 10 bar dan suhu 232 °C, uap adalah uap panas lanjut. Dari tabel uap panas lanjut: Volume jenis pada tekanan 10 bar dan suhu 232 °C adalah sebesar 0.2232 m3/kg.

 

  38

Massa 0,2 m3 uap ini = kgm

m/2232,0

2,03

3

= 0,897 kg

a. Kondisi akhir uap (x)

Untuk proses tekanan konstan, energi panas yang dipindahkan sama dengan perubahan enthalpi. Dari tabel uap panas lanjut : h1 = 2902,6 kJ/kg H1 = m h1

= 0,897 kg x 2902,6

= 2600 kJ Q = H2 – H1

−800 kJ = H2 – 2600 kJ H2 = 1800 kJ H2 = m h2

h2 = mH2 =

kgkJ

897,01800 = 2008 kJ/kg

Dari tabel uap jenuh pada tekanan 10 bar, hf = 763 kJ/kg dan hg = 2778 kJ/kg. oleh karena h2 terletak antara hf dan hg, maka uap adalah uap basah. Apabila faktor kekeringan pada titik 2 = x, maka :

h2 = (1 – x) hf + x hg 2008 = (1 – x) 763 + x 2778

x = 76327787632008

−−

x = 20151245

x = 0,618 Jadi uap pada keadaan 2 mempunyai faktor kekeringan (x) = 0,618.

 

  39

b. Energi kerja yang dipindahkan (W) Untuk proses tekanan konstan, energi kerja yang

dipindahkan didapat dengan persamaan: W = P (V2 – V1) Pada keadaan 1, V1 = 0,2 m3, Pada keadaan 2, volume jenis uap dengan faktor kekeringan (x) = 0,618 pada tekanan 10 bar adalah

Vx = (1 – x) vf + x vg = (1 – 0,618) x 0,001 + (0,618 x 0,1944) = 0,0004 + 0,1200 = 0,1204 m3/kg Volume akhir uap = V2

= m v2 = 0,897 kg x 0,1204 m3/kg = 0,1008 m3 W = P (V2 – V1)

= 10 bar x 105 x (0,1008 – 0,2) m3

= −99,2 kJ Jadi energi kerja yang dipindahkan (W) = −99,2 kJ

c. Perubahan energi dalam selama proses (u2 – u1) Dari persamaan energi non aliran didapat :

Q – W = u2 – u1 −800 – (− 99,2) = u2 – u1 u2 – u1 = − 700,8 kJ

Jadi energi dalam uap turun sebesar 700,8 kJ Contoh soal 3-5

1 kg uap pada tekanan 20 bar dan suhu 230 °C mengalami proses non aliran sampai tekanan 8 bar. Jika volume akhir uap 0,242 m3, maka tentukanlah:

a. Persamaan proses

 

  40

b. Energi kerja yang dipindahkan c. Temperatur akhir uap d. Perubahan energi dalam e. Energi panas yang dipindahkan f. Perubahan enthalpi

Penyelesaian: Dari tabel uap panas lanjut pada tekanan 20 bar dan

suhu 230 °C didapat volume jenis uap = 0,1052 m3/kg = v1

Gambar 15. Diagram P – V untuk contoh soal 3-5

a. Persamaan proses Asumsikan proses mengikuti hukum PVn = konstan

P1 V1n = P2 V2

n (20 bar) x (0,1052)n = (8 bar) x (0,242)n

nn

3,21052,0242,0

820

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=

n = 1,10 Persamaan proses adalah PV1,10 = konstan

b. Energi kerja yang dipindahkan

W =

W =

 

  41

W = Nm atau J

W = 168 kJ Energi kerja yang dipindahkan (W) = 168 kJ c. Temperatur akhir uap Volume akhir 1 kg uap = 0,242 m3 Dari tabel uap jenuh, volume jenis uap jenuh pada tekanan

8 bar = 0.2043 m3/kg. Oleh karena ini lebih kecil dari volume jenis akhir yang sebenarnya dari uap, maka uap pada tekanan 2 harus uap panas lanjut. Temperatur uap pada keadaan 2 dapat diperoleh dengan interpolasi dari tabel uap sebagai berikut :

Dari tabel uap jenuh Volume jenis uap jenuh pada tekanan 8 bar, suhu 170,4 °C = 0,2403 m3/kg.

Dari tabel uap panas lanjut Volume jenis uap panas lanjut pada tekanan 8 bar, suhu 200 °C = 0,2610 m3/kg. Temperatur uap pada tekanan 8 bar yang mempunyai volume jenis 0,242 m3/kg didapat dengan :

= 170,4 + (200 – 170,4) x 2403,02610,02403,0242,0

−−

= 170,4 + 29,6 x 0207,00017,0

= 170,4 + 2,43 = 172,83 °C

d. Perubahan energi dalam Oleh karena uap adalah uap panas lanjut, maka energi

dalam awal dan akhir tidak dapat diperoleh secara langsung

42

dari tabel yang ada. Energi ini dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan untuk enthalpi.

h = u + p v Pada keadaan 1, p = 20 bar, t = 230 °C, dan v = 0,1052 m3/kg. Dari tabel uap panas lanjut, h1 = 2842 kJ/kg.

u = h1 – p1 v1

= 2842 – 20 bar x 105 x 0,1052 m3/kg

= 2842 kJ/kg – 210,4 kJ/kg = 2637,8 kJ/kg

Pada keadaan 2, p = 8 bar, t = 172,8 °C,dan v = 0,242 m3/kg

h2 dapat diperoleh dengan interpolasi dari tabel uap panas lanjut atau alternatif dengan menggunakan persamaan:

pv =

Dalam persamaan ini, p adalah tekanan dalam bar,v adalah volume jenis dalam m3/kg dan h adalah spesifik enthalpi dalam kJ/kg.

p2v2 =

100 x 8 x 0,242 = 0,233 (h2 – 1943) h2 = 832 + 1943 = 2775 kJ/kg

u2 = h2 – p2 v2

= 2775 kJ/kg – 8 bar x 105 x 0,242 m3/kg

= 2775 kJ/kg – 193,6 kJ/kg = 2581,4 kJ/kg Perubahan energi dalam = u2 – u1 = 2581,4 kJ/kg – 2637,8 kJ/kg

 

  43

= − 56,4 kJ/kg e. Energi panas yang dipindahkan

Energi panas yang dipindahkan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan non aliran

Q – W = u2 – u1 Q – 168 kJ/kg = – 56,4 kJ/kg Q = 168 – 56,4 = +111,6 kJ/kg

Jadi sebesar 111,6 kJ/kg dipindahkan selama proses. f. Perubahan enthalpi Dari d diperoleh :

h1 = 2842,2 kJ/kg h2 = 2775 kJ/kg

Perubahan enthalpi = h2 – h1 = 2775 – 2842,2 = – 73,2 kJ/kg

Jadi perubahan enthalpi (h2 – h1) sebesar −73,2 kJ/kg.

Soal-soal Latihan

1. Uap dengan tekanan 3 bar mempunyai faktor kekeringan 0,8. Hitunglah volume jenis, spesifik enthalpi, dan energi dalam spesifik.

(Kunci : 0,4848 m3/kg ; 2292,2 kJ/kg ; 2147,4 kJ/kg) 2. Sebuah silinder berisi 0,34 kg uap dengan tekanan 10 bar.

Jika volume silinder 0,05 m3. Hitungkah faktor kekeringan dari uap, energi dalam, dan enthalpi.

(Kunci : 0,755 ; 726 kJ ;776 kJ) 3. Hitunglah volume, enthalpi, dan energi dalam dari dua kg

uap pada tekanan 15 bar dan suhu 500 °C. (Kunci : 0,4702 ;6946 kJ ; 6240 kJ)

4. Sebuah tabung mempunyai volume 0,17 m3, berisi uap dengan faktor kekeringan 0,9 pada tekanan 8 bar. Jika

 

  44

dilakukan pendinginan sampai tekanan 2,8 bar, hitunglah massa uap dalam silinder, faktor kekeringan akhir, dan energi panas yang dipindahkan.

(Kunci : 0,784 kg ; 0,333 ; −405 kJ) 5. Hitunglah energi panas yang dibutuhkan untuk merubah

100 kg air pada tekanan 1,5 bar dan suhu 15 °C menjadi uap pada suhu 150 °C selama proses tekanan konstan.

(Kunci : 271000 kJ) 6. Sebuah silinder berisi 0,5m3 uap pada tekanan 4 bar dan

suhu 200 °C. jika uap didinginkan pada tekanan konstan sampai volume menjadi 0,1 m3, hitunglah faktor kekeringan akhir, energi kerja yang dipindahkan, dan energi panas yang dipindahkan.

(Kunci : 0,23 ; − 160 kJ ; −1335 kJ) 7. 1 kg uap dengan faktor kekeringan 0,8 pada tekanan 9 bar

mengembang secara proses politropis non aliran mengikuti hukum PV1,1 = konstan sampai tekanan menjadi 3 bar. Hitunglah faktor kekeringan akhir, energi kerja yang dipindahkan.

(Kunci : 0,772 ; +144,9 kJ ; + 56,7 kJ) 8. 0,1 m3 uap pada tekanan 14 bar mempunyai faktor

kekeringan 0,9, mengalami proses volume konstan sampai takanan menjadi 5,7 bar.

Tentukanlah : a. Massa uap b. Faktor kekeringan akhir c. Perubahan energi dalam d. Perubahan enthalpi e. Energi panas yang dipindahkan selama proses

dan arah alirannya. (Kunci : 0,79 kg ; 0,379 ; −830 kJ ;− 900 kJ ; − 830 kJ)

 

  204

Daftar Pustaka

Anwari. (1978). Sistem Satuan Internasional (SI). Jakarta: Depdikbud.

Arismunandar, Wiranto (1986). Thermodinamika Teknik. Bandung: ITB Bandung.

Eastop, T.D, dan A. Mc.Conkey (1978). Applied Thermodynamics for Engineering Techonolist. Logman: Group Limited.

Granet, Living (1980). Thermodynamics and Heat Power, Virginia: Reston Publishing Company, Inc

Kamil, Sulaiman dan Pawito (1983). Thermodinamika dan Perpindahan Panas 1. Jakarta: Depdikbud.

S. Nainggolan, Werlin (1978). Thermodinamika, Teori – Soal, Penyelesaian. Bandung: Armico.

Theraja, B.L (1984). Element of Electrical and Mechanical Engineering. New Delhi: S.Chand & Company Ltd.

Thomas, T.H dan R.Hunt. (1979). Applied Heat. London: Heinemann Educational Books Ltd.

 

  205

Glosari  

• CNC : Computer Numerically Controolled • Compressor: Alat pembangkit tekanan fluida. • Cutter : Pisau penyayat benda kerja. • Daya: Usaha persatuan waktu. • Dielektrik: zat yang dapat digunakan untuk memperbesar

kapasitansi kapasitor • Dimensi: Salah satu bentuk deskripsi suatu besaran. • Energi Kinetik: Energi yang dimiliki oleh suatu benda • Feeding : Kecepatan asutan dalam pemakanan benda kerja • G Code : Kode instruksi dalam pemrograman mesin CNC • Gaya aksi: Gaya yang diberikan oleh benda pertama kepada

benda kedua. • Gaya Merupakan besaran vektor yang mempunyai nilai

besar dan arah, misalnya berat mempunyai nilai 10 m/s2 arahnya menuju kepusat bumi.

• Gaya reaksi: Gaya yang diberikan benda kedua sebagai akibat adanya gaya oleh benda pertama, yang mempunyai besar sama dengan gaya aksi tetapi arahnya berlawanan.

• Gaya: Suatu tarikan atau dorongan yang dapat mengakibatkan perubahan bentuk dan arah gerak pada suatu benda.

• Gerak jatuh bebas: Gerak suatu benda yang dijatuhkan dari suatu ketinggian tanpa kecepatan awal

• Gerak lurus beraturan: Gerak benda pada garis lurus yang pada selang waktu sama akan menempuh jarak yang sama.

• Gerak lurus berubah beraturan Gerak benda yang lintasannya pada garis lurus dengan perubahan kecepatan tiap selang waktu adalah tetap.

 

  206

• Gerak melingkar beraturan Gerak yang lintasannya melingkar dengan kelajuan konstan.

• Gerak vertical: Gerak suatu benda pada arah vertikal terhadap tanah, yang selama geraknya benda itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi.

• Gerak vertikal ke atas: Gerak benda yang dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal tertentu. Pada kasus gerak vertical ke atas terdapat dua kejadian yaitu gerak vertical naik dan gerak vertikal turun.

• Gerak vertikal ke bawah: Gerak benda yang dilempar vertikal ke bawah dengan kecepatan awal tertentu

• Gradien: Kemiringan suatu garis/kurva • Griffer : Lengan robot untuk mengambil material • Hydrolik : Fluida untuk meneruskan tenaga • Impuls: Perubahan momentum yang dialami benda. • Inkremental : Pengukuran berdasarkan pada perubahan

panjang lintasan • Jarak: Panjang lintasan sesungguhnya yang ditempuh oleh

suatu benda dalam waktu tertentu, dan tidak bergantung pada arah sehingga jarak selalu memiliki tanda positif (+).

• Joule: Satuan energi dalam MKS atau SI. • Kapasitor: piranti elektronik yang terbuat dari dua buah

bahan konduktor dan berfungsi untuk menyimpan energi.

• Katup: Alat pengatur arah, tekanan maupun kecepatan fluida dari sistem.

• Kecepatan derip merupakan nilai laju total perjalanan muatan di dalam suatu bahan atau materi.

• Kecepatan linier: Kecepatan gerak melingkar yang arahnya selalu tegak lurus jari-jari lingkaran.

• Kecepatan sudut: Perpindahan sudut persatuan waktu • Kedudukan: Letak suatu materi yang dinyatakan terhadap

suatu titik sembarang (titik acuan).

 

  207

• Kelembaman: Mempertahankan dalam keadaan semula baik dalam keadaan bergerak maupun diam.

• Koefisien gesek: Perbandingan antara gaya gesek dengan gaya normal.

• Koefisien Restitusi: Ukuran Kelentingan atau elastisitas suatu

• Kuadran: Daerah pada sumbu koordinat yaitu di atas sumbu x positif dan di sebelah kanan sumbu y positif.Titik berurutan yang dilalui suatu benda yang bergerak.

• Ladder Logic: Diagram tangga yang digunakan dalam PLC. • Massa benda: Jumlah materi yang terkandung dalam suatu

benda. • Massa: Jumlah materi yang dikandung suatu benda. • Medan Listrik: Besar Medan Listrik disuatu titik P

didefinisikan sebagai besar gaya listrik per satuan muatan di titik P tersebut.

• Memory : Penyimpan data dalam computer. • Mikrometer sekrup: Alat ukur panjang dengan nonius putar,

umumnyavmemiliki ketelitian hingga 0,01 mm. • Momentum: Ukuran kesukaran untuk memberhentikan suatu

benda yang sedang bergerak. • N Code : Kode kalim at dalam pemrograman mesin CNC • Newton (N): Satuan SI untuk gaya. • Nonius: Skala tambahan yang membagi skala utama menjadi

nilai/kuantitas lebih kecil. • Pengukuran: Kegiatan membandingkan suatu besaran

dengan besaran lain sejenis yang digunakan sebagai satuan.

• Percepatan sentrifugal: Percepatan yang dihasilkan adanya gaya sentrifugal.

• Percepatan sentripetal: Perubahan kecepatan persatuan waktu pada gerak melingkar yang arahnya selalu ke pusat lingkaran.

 

  208

• Percepatan: Merupakan vektor yang dapat menyebabkan kecepatan berubah seiring perubahan waktu.

• Percepatan: Penambahan kecepatan per satuan waktu. • Perlambatan: Pengurangan kecepatan per satuan waktu. • Perpindahan: Perubahan kedudukan awal dan akhir suatu

benda karena adanya perubahan waktu dan tidak bergantung pada jalan mana yang ditempuh oleh benda.

• Perpindahan: Perubahan kedudukan suatu benda karena mendapat pengaruh gaya.

• Pewaktu ketik (ticker timer): Alat yang dapat digunakan untuk menentukan kelajuan sesaat dan percepatan suatu benda yang bergerak.

• Pk: Satuan daya kuda. • PLC : Programmable Logic Controlled • Pneumatik : Ilmu tentang pemanfaatan udara bertekanan • Polar : Pengukuran berdasarkan pada perubahan besar

sudut lintasan • Power Supply: Catu daya • Presisi: Berkaitan dengan ketelitian, pengukuran yang

mengandung ketidak pastian kecil. • Processor: Pusat pengolah semua masukan dari sesnsor

untuk disalurkan pada output. • Resistansi merupakan sifat intrinsik suatu bahan yang

memberikan hambatan terha-dap aliran muatan listrik di dalam suatu bahwa atau materi.

• Resistivitas merupakan sifat suatu bahwa untuk mem-berikan hambatan terhadap laju aliran muatan listrik di dalam suatu bahwa. Resis-tivitas merupakan sifat intrin-sik yang tidak bergantung pada ukuran dan berat benda.

• Resistor merupakan salah satu elemen listrik yang memiliki sifat mngubah energi listrik menjadi energi panas.

 

  209

Sehingga energi listrik tersebut tidak dapat dipulihkan menjadi energi listrik kembali secara langsung.

• Sekon: Satuan SI untuk waktu. • Selenoida : Kumparan kawat yang dapat dialiri listrik. • Sensor : Masukan ke dalam sistem atau sinyal • SI Sistem Internasional: sistem satuan yang berbasis sistem

metrik. • Skala terkecil: Skala pada alat ukur yang nilainya paling

kecil, dibatasi oleh dua garis skala yang paling dekat. • Stopwatch: Alat pengukur waktu. • Termometer: Alat pengukur temperatur. • Titik acuan: Titik pangkal pengukuran. • Usaha: Hasil kali besar perpindahan dengan komponen

gayayang sejajar dengan perpindahan benda. • Waktu: Selang antara dua kejadian atau peristiwa. • Watt: Salah satu satuan daya.

 

  210

Indeks Adiabatis, viii, xi, xii, 100,

130, 165, 166 air pendingin, 20, 27, 28, 29,

78, 90, 110 aliran energi, 29 Aliran Mantap, viii, 68, 69,

73, 173 atom, 1, 26 bahan bakar, 1, 5, 29, 75, 76,

111, 185, 186, 193, 197 batas sistem, 3, 4, 5, 6, 8, 14,

15, 69, 70, 72, 95, 96, 98, 100, 102, 118

Batas sistem, 6, 13 Batu bara, 1 boundary, 6, 168 Charles, x, 45, 46, 48, 54, 57 CNC, 205, 208 Compressor, 205 Cutter, 205 Daya, 9, 28, 174, 193, 205 derajat Fahrenheit, 12 derajat Kelvin, 11, 12, 64 derajat Rankinne, 11 Diagram Aktual, xii, 187 Diagram P-V, x, xi, xii, 22,

130, 134, 200 Diagram T, viii, xi, xii, 134,

135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 143, 144, 146, 149, 151, 153, 154, 156,

158, 159, 160, 162, 164, 165, 166, 167, 170, 176

Dielektrik, 205 Dimensi, vii, 8, 205 ekspansi, 8, 18, 27, 29, 101,

102, 106, 112, 117, 119, 120, 121, 145, 153, 157, 163, 165, 181, 182, 186, 188, 190, 191, 192, 195, 196, 197, 199, 202

ekstensif, 5 energi, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9,

10, 11, 12, 15, 17, 20, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 33, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 119, 120, 121, 125, 127, 129, 131, 139, 147, 171, 174, 175, 177, 189, 196, 207, 209

Energi, vii, viii, 1, 3, 7, 9, 15, 26, 29, 31, 32, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 55, 56, 66, 67, 69, 70, 71, 72, 73, 76, 77, 87, 90, 91,

 

  211

92, 95, 96, 97, 99, 104, 112, 119, 205

energi dalam, 12, 26, 27, 28, 56, 96, 97, 101, 104, 105, 106

Energi dalam, vii, 26, 29, 31, 32, 34, 35, 36, 55, 91, 92, 97

energi kerja, 6, 16, 67, 69, 70, 71, 72, 83, 84, 95, 96, 98, 102, 105

Energi kerja, 37, 39, 40, 41, 66, 67, 72, 104

energi kimia, 1 Energi Kinetik, 205 energi mekanik, 15 Energi Non Aliran, viii, 95,

96 energi panas, 7, 10, 15, 17,

44, 52, 67, 68, 69, 70, 75, 76, 83, 90, 95, 96, 104, 105, 119, 120, 171, 209

entalpi, 12 Enthalpi, viii, x, 30, 31, 34,

60, 86, 91, 124, 125, 136, 137

Enthalpi Gas, viii, 60 entropi, 5, 12, 32, 108, 129,

130, 131, 132, 133, 134, 135, 138, 141, 142, 144, 149, 150, 151, 153, 154, 155, 156, 157, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169, 170,

171, 177, 180, 181, 182, 183, 184, 189

Entropi, viii, 129, 135, 161, 168

faktor kekeringan, 30, 32, 33, 34, 38, 39, 43, 44, 135, 139, 153, 161, 179, 180, 182, 183

fluida, 6, 12, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 26, 27, 31, 45, 50, 53, 58, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 88, 91, 92, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 101, 102, 104, 105, 118, 119, 120, 123, 125, 127, 132, 134, 171, 172, 173, 181,뉐202, 205, 207

fluida tetap, 6, 92, 98, 104 gaya dan jarak, 17 gaya intermolekul, 26 hiperbola, 47 hukum Boyle, 45, 47, 48 Hukum Joule, vii, 54, 55 intensif, 5, 6, 14 Internal Energi, vii, 24 Interpolasi, vii, 35 Irreversibel, viii, xi, xii, 115,

116, 161, 170 James Watt, 2 jarak perpindahan, 9, 17 Joule, 9, 10, 15, 17, 46, 60,

71, 72, 148, 155, 207 Kapasitas, vii, 52, 65

 

  212

katup buang, 4, 5 katup isap, 4, 5, 94 Keadaan Sistem, x, 13 Keadaan Gas, vii, 49 Kerja, vii, ix, x, xi, xii, 8, 14,

16, 17, 18, 21, 22, 23, 28, 80, 94, 119, 120, 121, 125, 126, 129, 147, 172, 173, 179, 185, 188, 193, 195, 196, 199, 200, 201, 202

kerja mekanik, 2 kerja total, 19, 173 kipas angin, 28 kondensat, 20 konstanta, 17, 21, 48, 50, 55,

59, 64, 67, 102 Konstanta gas, 51, 53, 59, 61,

62 konversi energi, 15 Konversi Energi, vii, 15 Konversi Tenaga, x, 16 Lingkungan, 6, 13 Liquid dan Uap, vii, 31 massa, 3, 4, 5, 8, 9, 14, 15, 16,

20, 26, 29, 31, 33, 37, 44, 46, 47, 48, 49, 50, 52, 55, 60, 64, 65, 67, 70, 71, 74, 75, 77, 79, 80, 85, 88, 90, 91, 92, 93, 95, 98, 105, 132, 139, 155, 177, 182, 183

Massa air, 1 Mesin Termal, viii, xi, 108,

111 Meter standar, 8

Minyak, 1 motor bensin, 28, 186, 190,

192 Motor Bensin, viii, xii, 185,

187, 189 Nainggolan, 45, 49, 50, 114,

204 Newton, 9, 206, 208 Panas, vii, viii, x, 6, 7, 14, 19,

28, 34, 52, 58, 60, 62, 63, 64, 67, 98, 110, 125, 126, 128, 137, 143, 145, 146, 147, 150, 166, 168, 172, 175, 176, 178, 183, 188, 189, 194, 195, 196, 197, 199, 200, 201, 202, 204

panas lanjut, 30, 34, 35, 37, 38, 40, 41, 42, 134, 137, 138, 139, 145, 146, 151, 175

Persamaan Kontinuitas, viii, 85

perubahan energi, 26, 28, 56, 79, 93, 95, 96, 97, 104, 105, 106

Perubahan enthalpi, 40, 43, 44, 196

perubahan volume, 11, 23 piston, 4, 17, 21, 22, 23, 26,

29, 55, 56, 94, 96, 98, 116, 117, 118, 119, 149, 151, 157, 172, 173, 181, 182, 185, 186

Pompa Termal, viii, xi, 111, 112

 

  213

poros engkol, 5, 187 proses aliran mantap, 68, 69 proses eskpansi, 8 Proses irreversibel, 14, 170 proses kompressi, 8, 19, 105,

119, 120 Proses reversibel, 14, 117 Rankine, 11, 12 Reversibel, viii, xi, 115, 117,

130, 144, 145, 150, 153 Ruang Pengeringan, xi, 124 Satuan, vii, 8, 9, 11, 31, 204,

207, 208, 209 satuan British, 12 satuan radian, 8 saturated liquid, 31 Sifat Fluida, vii, 12 sifat gas, 45 sifat Uap, vii, 30, 31, 32, 34 Siklus, viii, ix, x, xi, xii, 20,

107, 110, 111, 118, 119, 173, 185, 189, 193, 194, 195, 197, 198

Siklus Diesel., viii, 193 Siklus Otto, viii, xii, 185 silinder, x, 1, 18, 19, 21, 22,

27, 29, 33, 37, 43, 44, 53, 55, 56, 65, 66, 88, 94, 99, 102, 104, 105, 111, 116, 117, 118, 119, 139, 149, 151, 157, 172, 180, 181, 182, 186, 190, 192, 193, 194, 196, 202

silinder motor, 1, 27, 29, 118 sistem diisolasi, 4, 5

Sistem diisolasi, 13 Sistem Diisolasi, x, 4 sistem Internasional, 8 Sistem terbuka, 13 sistem tertutup, 3, 4, 6, 8, 12,

13, 68, 108 Sistem, Lingkungan, vii, 2 surrounding, 6, 171 tabel uap, 31, 41, 138 tekanan, viii, 6, 9, 11, 12, 14,

17, 21, 22, 26, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 56, 57, 58, 59, 60, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 75, 78, 80, 81, 84, 88, 91, 92, 96, 98, 99, 100, 102, 104, 105, 118, 134, 136, 137, 138, 139, 141, 142, 143, 144, 146, 147, 149, 151, 152, 153, 154, 157, 158, 159, 160, 161, 165, 166, 167, 172, 173, 175, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 186, 189, 190, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 201, 202, 203, 205, 207

tekanan atmosfir, 11, 64, 174, 187

Tekanan Efektif, viii, xii, 189, 190

tekanan konstan, viii, 22, 38, 39, 44, 48, 52, 56, 57, 58,

 

  214

65, 66, 75, 96, 98, 99, 100, 105, 134, 136, 137, 138, 141, 142, 143, 144, 157, 158, 160, 167, 172, 173, 178, 179, 180, 181, 194, 196, 197, 198, 202

temperatur, 2, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 30, 31, 34, 35, 36, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 58, 64, 65, 66, 67, 109, 111, 112, 113, 118, 119, 120, 122, 127, 128, 129, 130, 134, 136, 138, 141, 142, 145, 157, 158, 163, 167, 168, 169, 171, 172, 173, 175,뉐177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 186, 189, 190, 191, 192, 196, 200, 201, 202, 203, 209

Temperatur, x, 11, 14, 30, 31, 35, 36, 40, 41, 56, 63, 66, 123, 127, 128, 158, 191, 197, 202

Temperature normal, 11 Termodinamika, vii, viii, 1, 2,

15, 107, 113 thermal equiblibrium, 7 turbin, 1, 19, 68, 78, 79, 80,

86, 87, 90, 91, 92, 110, 111, 118, 124, 125, 126, 165, 166, 175, 183, 184

uap, x, 1, 2, 4, 14, 19, 20, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37,

38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 68, 73, 74, 76, 90, 91, 92, 105, 110, 124, 125, 127, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 145, 146, 147, 151, 152, 153, 154, 161, 165, 175, 179, 180, 181, 182, 183

uranium, 1 Vessel, xii, 65, 163, 183 volume, viii, 5, 9, 12, 14, 18,

21, 22, 29, 32, 34, 35, 36, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 59, 60, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 70, 71, 72, 83, 86, 88, 91, 92, 96, 97, 98, 99, 102, 104, 105, 106, 134, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 156, 162, 163, 164, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 188, 189, 192, 193, 194, 196, 197, 198, 199, 200, 201, 202, 203

Volume jenis, 31, 32, 34, 37, 41, 85, 91, 92, 104, 105

Volume Konstan, xi, 96 volume konstan., viii, 49, 53,

96, 97, 141, 142, 185 watt, 10, 124, 193 Werlin, 45, 49, 50, 114, 204